CN111835565A - 一种基于数字孪生的通信网络优化方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于数字孪生的通信网络优化方法、装置和系统，构建了一套数字孪生网络有限生态环，将网络的实体空间转化为孪生空间，通过对孪生空间的优化调整及预先作用得到最佳网络优化模型，最终优化实体通信网络的网络拓扑、设备参数等信息，以提高通信网络的业务支撑能力。

Description

一种基于数字孪生的通信网络优化方法、装置和系统

技术领域

本发明涉及数字孪生技术领域，更具体的说是涉及一种基于数字孪生的通信网络优化方法、装置和系统。

背景技术

数字孪生(Digital Twin，数字双胞胎)，是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应实体装备的全生命周期过程。

数字孪生就是在一个设备或系统的基础上，创造一个数字版的“克隆体”，是对实体对象的动态仿真，也就是说数字双胞胎是会“动”的。它“动”的依据l来源实体的物理设计模型、实体上面传感器反馈的数据，以及本体运行的历史数据。在“克隆体”上进行“实验”，这样一来，避免了对本体的影响，也可以提高效率、节约成本。

数字孪生给工业制造行业带来了显而易见的效率提升和成本下降，几乎所有的工业巨头趋之若鹜，以美国通用公司为例，他们号称自己已经为每个引擎、每个涡轮、每台核磁共振创造了一个数字孪生体。

在通信网络领域，数字孪生的应用基础研究较早，在互联网中常采用先网络仿真设计，后布设网络设备设施的方案来建设企业和地方网络，早期的网络仿真系统有Cisco公司使用Qt开发的Packet Tracer软件、华为公司的eNSP软件、H3C的H3C Cloud Lab软件等。

在应急通信、军事通信等通信应用场景中，部分通信网络采用移动方式构建，这种网络一般称为机动通信网络，该类网络通常采用车辆、舰船、飞行平台来装载通信设备。在机动通信网络的应用场景下，随着业务通信过程的动态变化，通信网络前期规划的网络结构、网络参数在运行过程中是否能够满足业务需求、是否在运行中出现过故障、是否及时调整等问题无法及时有效的掌握。因此需要对网络当前的运行情况进行模拟仿真，通过虚拟化平台实时掌握当前网络形态的通信业务支撑能力，通过设计通信业务应用场景的预先作用，预测网络未来状态，实现预先优化调整网络，持续有效保障通信业务是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于数字孪生的通信网络优化方法、装置和系统，通过数字孪生空间的优化调整及预先作用得到网络优化模型，最终优化实体通信网络的网络拓扑、设备参数等信息，提高通信网络的业务支撑能力。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于数字孪生的通信网络优化装置，包括：数字孪生网络平台、数字孪生中间件和数字孪生探针软件；

所述数字孪生网络平台用于生成拓扑孪生模型和业务孪生模型；实现虚拟通信设备、虚拟通信网络和虚拟通信业务；生成路由优化模型、部署优化模型、参数优化模型和组网优化模型；以及建立业务推演模型，依托业务通信软件、指挥控制软件策划业务发生时间、业务发生的类型和数据的通信量；

所述数字孪生中间件用于连接数字孪生网络平台和实体通信设备，实现数字孪生网络平台和实体通信设备之间的信息互联；且所述数字孪生中间件对于数字孪生网络平台发往实体通信设备的IP报文将直接转发，对于实体通信设备发往数字孪生网络平台的IP报文将做虚拟转化；

所述数字孪生探针软件用于采集实体通信网络的业务数据通信信息，在实体通信网络中的指挥控制软件、业务通信软件等使用通信网络开展业务的计算机平台上安装部署。其中，采集的信息主要是从业务终端计算机上抓取的本机网卡数据，抓取完成后识别发往实体网络的业务数据，将统计的业务的总体信息存储在本地计算机上，包括发送的目的地址、端口号、数据大小、业务类型信息，定时将存储的总体信息上报至数字孪生网络平台。

一种基于数字孪生的通信网络优化系统，包括：实体空间、动态空间、孪生模型、孪生空间和实体模型五部分；

实体空间构建实体通信网络；动态空间为使用和维护实体空间中设备或网络的功能性组成部件；孪生模型依托动态空间提供的网络拓扑信息构建拓扑孪生模型，依托业务通信软件、指挥控制软件和数字孪生探针软件构建业务孪生模型；孪生空间依托孪生模型构建虚拟通信设备、虚拟通信网络和虚拟业务；实体模型依托孪生空间的优化调整参数信息生成网络优化模型，并作用于实体空间，优化实体空间网络。

优选的，实体空间包括：通信设备、通信节点和通信网络；动态空间包括网络管理软件、业务通信软件、指挥控制软件和数字孪生探针软件；孪生模型包括拓扑孪生和业务孪生；孪生空间包括虚拟通信设备、虚拟通信网络和虚拟业务；实体模型包括路由优化模型、部署优化模型、参数优化模型和组网优化模型。

数字孪生空间的构成主要是依托虚拟通信设备组建虚拟通信网络，其中虚拟业务通信软件、虚拟指挥控制软件依托该虚拟通信网络进行数据通信。参见附图2，其中，虚拟业务软件和虚拟指挥控制软件即虚拟业务，用于模仿实际网络的业务发送。

数字孪生网络平台采用独立应用软件的方式来实现各种类型的虚拟通信设备、虚拟业务通信软件、虚拟指挥控制软件。虚拟通信设备和软件的通信接口采用监听计算机端口的方式来实现，比如实体通信设备的某点对点的接口信息传输，在虚拟通信设备中的实现方式为一个虚拟通信设备将信息传输至另一个虚拟通信设备的指定计算机端口中。

数字孪生网络平台通过加载虚拟通信设备和虚拟软件的形式来仿真组成虚拟网络，各个虚拟通信设备和虚拟软件可以分布式部署在云平台、分布式计算机、虚拟机中，也可以集中部署在一台计算机上。无论是集中式部署在一台计算机，还是分布式部署在云平台等容器中，数字孪生网络平台各虚拟通信设备、虚拟软件和数字孪生网络平台框架中各个虚拟通信设备和虚拟软件之间的数据通信均采用IP协议进行通信。

优选的，数字孪生平台也可以实现为一个应用软件整体，并嵌入虚拟通信设备和虚拟软件，通过计算机线程、计算机进程消息传递的方式来传递网络报文。通常这是在一个计算机上实现数字孪生仿真平台的一般解决方案。

优选的，虚拟通信设备软件一般的实施方式为将实体设备的嵌入式代码通过编程语言转换，转换为常规的计算机应用软件，并在其中设计针对数字孪生网络平台的数据结构和协议进行数据封装，实现在孪生网络空间的数据通信。

数字孪生网络平台中虚拟通信网络采用的路由协议等与实体通信网络保持一致，但路由表和IP数据包将经过虚拟化处理。实体通信网络的路由表(以下简称实体路由表)包含目的地址、掩码、下一跳地址、路由器接口等字段信息。数字孪生网络路由表(以下简称虚拟化路由表)主要包含目的地址、掩码、下一跳地址、路由器接口、虚拟IP地址、虚拟化端口、虚拟化环境、实装标识。

数字孪生网络平台的路由同步协议策略保持不变，但由于在数字孪生空间中，并没有实体的通信链路来实现路由协议的邻居发现过程，为完成邻居发现过程，本发明在虚拟化路由表中增加了一个隐藏的虚拟链路路由表，该虚拟链路路由表包含的主要字段为邻居链路类型、对应物理链路接口号码、虚拟化IP地址和虚拟化端口几部分。孪生网络空间的虚拟通信设备将向虚拟链路路由表中所有的邻居节点发起路由协议的邻居发现协议，以实现邻居发现的过程。虚拟链路路由表由数字孪生平台直接通过自定义的通信协议下发给虚拟通信设备，一般不动态更新，数字孪生平台是根据网络拓扑把物理链路关系直接转化为对应的虚拟链路路由表的。

实体IP数据的IP数据包主要由IP首部和数据部分组成，其中首部包含了版本、源地址、目的地址等信息。

在数字孪生网络平台中，由于数据的通信是从实体空间到孪生空间做的映射，故通信的IP地址、端口等信息需要进行映射，为方便映射后的数据与实体空间数据的转换，设计了一种虚拟孪生IP数据报文格式，该虚拟孪生IP数据的IP数据包主要有虚拟孪生IP首部、IP首部和数据部分组成，其中虚拟孪生IP首部遵循实体通信网络IP数据的IP首部内容格式，但是其地址信息和端口信息主要存放的是虚拟环境内部的通信映射信息。其中IP首部遵循实体通信网络IP数据的IP首部内容格式，并与所仿真的实体通信网络的IP首部中的数据一致。

一种基于数字孪生的通信网络优化方法，包括：构建数字孪生网络平台、虚拟通信设备数据处理和业务意图推演三部分；

所述构建数字孪生网络平台的步骤包括：

接收实体通信网络中网络管理软件收集的通信网络的网络拓扑信息，并根据网络拓扑信息打开对应数量的虚拟通信设备和虚拟软件；其中，网络拓扑信息包含通信节点位置、通信节点状态、通信节点连接信息、通信设备参数信息、实体路由表、通信设备工作状态信息；其中，参见附图3，虚拟软件包括虚拟指挥控制软件和虚拟业务通信软件；

定时发起查询指令，并接收虚拟通信设备和虚拟软件的在线信息和任务信息，确认都成功运行后，向每个虚拟通信设备和虚拟软件下发从网络管理软件中获取的对应的通信设备参数信息和通信设备工作状态信息；其中，基本参数信息包含设备ID、设备属性、接口速率、接口类型等；工作状态信息包含接口工作状态、设备在线状态、收发数据状态、温度等物理状态。

将从网络管理软件获取的实体路由表转化为虚拟路由表，并下发到对应的虚拟通信设备中，虚拟通信设备依托虚拟化路由表在虚拟网络中进行数据处理；

虚拟通信设备进行数据处理的步骤包括：

虚拟通信设备接收到虚拟孪生IP数据报文后，将虚拟孪生IP数据报文和虚拟化路由表进行匹配，得到需要进行路由的下一跳地址信息；其中，匹配的标准为虚拟孪生IP数据报文的实体IP首部中的目的地址和虚拟化路由表中的目的地址一致；

根据对应一致的虚拟化路由表中的路由项的环境参数进行数据的丢包和延迟处理；

判断下一跳是否是实体通信设备，若不是，则采用虚拟孪生IP数据格式发送数据，否则采用常规IP数据格式发送数据；

业务意图推演的步骤包括：

建立业务推演模型，选择本次业务意图的业务通信软件和指挥控制软件，设定业务意图的发生时间、业务发生的时间和数据的通信量；

根据业务推演模型进行业务推演，在业务推演过程中，根据实际情况无序执行(1)～(4)中的至少一种；

(1)改变虚拟通信设备参数，虚拟通信设备按照新的参数进行数据通信；

(2)改变虚拟网络的路由算法，并通过一键路由更新功能，向所有的虚拟通信设备下发路由算法，所有虚拟通信设备一键加载，并重新启用；

(3)改变通信节点部署位置，所有虚拟通信设备状态进行调整，依托调整前的通信链路连接进行链路搭建；若由于距离或者遮挡原因无法通信，则通过色彩建立无法通信的提示；

(4)改变通信节点的连接，并自动更新设置链路两端的IP地址；

记录业务推演的流程，选择对应步骤进行下发，并根据推演时的信息，将当时的设备参数直接下发到设备，设备将更新运行，将节点部署、链路调整信息下发到通信节点，通过数字孪生探针软件进行提示。

优选的，在虚拟通信设备依托虚拟化路由表在虚拟网络中进行数据处理之后还包括：对通信数据进行可视化呈现。数字孪生网络平台将构建的数字孪生空间虚拟网络的通信数据进行可视化呈现，具体包括：显示每条链路的通信实际带宽、占用带宽、数据传输时延、数据流向信息。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于数字孪生的通信网络优化方法、装置和系统，构建了一套数字孪生网络有限生态环，将网络的实体空间转化为孪生空间，通过对孪生空间的优化调整及预先作用得到最佳网络优化模型，最终优化实体通信网络的网络拓扑、设备参数等信息，以提高通信网络的业务支撑能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的基于数字孪生的通信网络优化系统的有限生态环示意图；

图2为本发明提供的基于数字孪生的通信网络优化系统的示意图；

图3为本发明提供的数字孪生空间示意图；

图4为本发明提供的虚拟化路由表组成图；

图5为本发明提供的虚拟孪生IP数据组成图；

图6为本发明提供的数字孪生中间件处理过程图；

图7为本发明提供的数字孪生网络平台的构建过程图；

图8为本发明提供的虚拟通信设备数据处理过程图；

图9为本发明提供的业务意图推演过程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见附图1，本发明实施例公开了一种基于数字孪生的通信网络优化系统，构建了一套数字孪生网络有限生态环，将实体网络空间转化为数字孪生空间，通过对数字孪生空间的优化调整及预先作用得到最佳网络优化模型，最终优化实体通信网络的网络拓扑、设备参数等信息，优化提高通信网络的业务支撑能力。该数字孪生网络有限生态环包括了实体空间101、动态空间102、孪生模型103、孪生空间104、实体模型105等五部分内容。

其中，参见附图2，实体空间101主要包含通信设备、通信节点和通信网络；动态空间102主要包括网络管理软件、业务通信软件、指挥控制软件和数字孪生探针软件；孪生模型103主要包括拓扑孪生和业务孪生；孪生空间104主要包括虚拟通信设备、虚拟通信网络和虚拟业务；实体模型105主要包括路由优化模型、部署优化模型、参数优化模型和组网优化模型。

数字孪生网络有限生态环各组成部分的相互关系为：实体空间101构建实体通信网络；动态空间102为使用和维护实体空间101中设备或网络的功能性软件；孪生模型103依托动态空间102提供的网络拓扑构建拓扑孪生模型，依托业务通信软件、指挥控制软件、数字孪生探针软件构建业务孪生模型；孪生空间104依托孪生模型103构建虚拟通信设备、虚拟通信网络、虚拟通信业务，通过构建的虚拟通信设备组成虚拟通信网络，其中虚拟业务通信软件、虚拟指挥控制软件依托该虚拟网络进行数据通信；实体模型105是孪生空间104调整改良的数据结果，该模型作用域实体空间101，优化实体空间101网络。

在工业化系统中的数字孪生解决方案多是在系统中部署传感器来捕获信号实现数据的采集。在通信网络中，主要的动态性状态为：通信节点移动、设备参数的改变、设备状态的改变、业务数据通信和干扰信息的干扰。根据该特性在通信网络中需要捕获上述动态数据的具体实施方式如下：

采用通信网络的网络管理软件动态掌握拓扑信息，该信息包括通信节点的移动信息、设备参数的改变信息、设备的状态改变信息。具体的捕获方式为在网络管理软件中采用自定义的IP报文，将网络管理软件掌握的通信网络拓扑信息发送到数字孪生网络平台，当拓扑信息中的参数发送变化后，实时将变化的数据发送到数字孪生网络平台。

采用数字孪生探针软件采集业务数据通信信息。采集的信息主要是业务终端计算机上抓取的本机网卡数据，抓取完成后进行数据统计，统计业务的总体信息，包括发送的目的地址、端口号、数据大小、业务类型信息，并定时将信息上报到数字孪生网络平台。

采用虚拟化的业务通信软件、指挥控制软件结合实时的网络通信任务、网络通信指挥动向来产生任务意图的业务数据通信信息。

采用软件系统数据引接的形式来掌握电磁、气象水文等信息。在孪生空间中，如果涉及了实际通信网络的电磁、气象等信息的仿真，那就需要与外部的系统做数据引接，把相关的数据引接过来，并基于这些信息影响网络的传输速率、丢包、时延。

参见附图3，附图3为孪生空间示意图。图中数字孪生网络空间运行了三个虚拟通信设备、一个虚拟业务通信软件和一个虚拟指挥控制软件，在该网络中虚拟业务通信软件向虚拟通信设备中发起业务，虚拟指挥控制软件发起业务，整个环节依托虚拟化路由表和虚拟孪生IP数据报文来实现。

本发明提供的数字孪生网络平台通过计算机线程、计算机进程消息传递的方式传递网络报文。这是在一个计算机上实现数字孪生的一般解决方案。

除了上述方式以外，也可以采用云平台、分布式计算机、多虚拟机的方式构建数字孪生网络平台，该方式的数据通信一般采用IP进行通信。

虚拟通信设备软件，一般的实施方式为将实体设备的嵌入式代码通过编程语言转换，转换为常规的计算机应用软件，并在其中设计孪生数据封装，实现虚拟网络的数据通信。

虚拟业务类软件，一般采用实体通信网络中的业务类软件做基础，增加了虚拟孪生IP数据报文封装等改造来完成虚拟业务类软件的功能。

参见附图4，附图4为虚拟化路由表的组成图。数字孪生网络平台采用应用软件的方式实现各种类型的虚拟通信设备、虚拟业务通信软件和虚拟指挥控制软件。虚拟通信设备的物理接口采用监听计算机端口的方式来实现，比如某点对点的接口信息传输，实现方式为一个虚拟通信设备将信息传输至另一个虚拟通信设备的指定计算机端口中。

数字孪生网络平台的路由协议与实体网络保持一致，但路由表和IP数据包将经过虚拟化处理。实体路由表包含目的地址、掩码、下一跳地址、路由器接口等字段信息。虚拟化路由表主要包含目的地址、掩码、下一跳地址、路由器接口、虚拟化IP地址、虚拟化端口、虚拟化环境、实装标识。

在该路由表中的环境参数具体指丢包率、网络延迟和抖动。实装标识Y表示的是该下一跳是实体通信设备，实装标识N表示的是该下一跳不是实体通信设备，是数字孪生网络平台中构建的虚拟通信装备或虚拟软件。

参见附图5，附图5为虚拟孪生IP数据报文组成图，实体IP数据的IP数据包主要由IP首部和数据部分组成，其中首部包含了版本、源地址和目的地址等信息。虚拟孪生IP数据的IP数据包主要有虚拟孪生IP首部501、IP首部502和数据部分503组成。其中，虚拟孪生IP首部遵循实体IP数据的IP首部的内容格式，但是其地址信息和端口信息主要存放的是虚拟环境内部的数据信息，在实际运行中所采用的数据就是虚拟化路由表中的虚拟化IP地址和虚拟化端口，IP首部502存放的是实体网络报文的数据，其源地址、目的地址均保持和实体通信网络的源和目的等信息一致。

参见附图6，附图6为数字孪生中间件的示意图，在数字孪生网络平台设计时，为考虑和实体通信设备之间的信息交互，设计了一个数字孪生中间件，用来连接数字孪生网络平台和实体通信设备。数字孪生中间件在以太网交换机的基础上做出了改进，设置了固定的接口用来连接数字孪生网络平台，其他接口用来连接实体通信设备。对于数字孪生网络平台发送的报文将直接转发，对于实体通信设备发送的IP报文将做虚拟转化。

优选的，采用以太网的方式将需要直接与数字孪生网络平台交互信息的实体通信设备连接到数字孪生中间件上，通过数字孪生中间件实现数据的转发和转化过程，具体描述如下：

实体通信设备发送数据的处理过程为：实体通信设备向数字孪生网络平台的某台虚拟通信设备发送数据，数据经过数字孪生中间件，该中间件识别所有从实体通信设备接口进入的消息，并判断消息对应的目标，将目标IP地址与虚拟化IP地址进行映射，封包成数字孪生IP报文发送给数字孪生网络平台。

实体通信设备接收数据的处理过程为：数字孪生网络平台将数据以常规IP报文的方式转发给实体通信设备，数字孪生中间件直接透传。

参见附图7，附图7公开了一种基于数字孪生的通信网络优化方法，主要包括构建数字孪生网络平台、虚拟通信设备数据处理和业务意图推演三部分；首先，构建数字孪生网络平台，该平台的运行核心需要依托虚拟通信设备数据处理的方法，之后在这个构建的数字孪生网络平台上做业务意图推演来优化网络。

其中，构建数字孪生网络平台的步骤如下：

步骤S701，实体通信网络中的网络管理软件通过SNMP协议或自定义协议收集通信网络的拓扑信息；

步骤S702，接收实体通信网络中的网络管理软件发送的网络拓扑信息，网络拓扑信息包含通信节点位置、通信节点状态、通信节点连接信息、通信设备参数信息、路由表、通信设备工作状态信息；

步骤S703，接收到网络拓扑信息后，根据实体通信网络的设备和软件的数量和型号，打开对应数量的虚拟通信设备和虚拟软件；

步骤S704，运行了虚拟通信设备和虚拟软件后，定时发起查询指令，并接收虚拟通信设备和虚拟软件的在线信息和任务信息，确认都成功运行后，向每个设备和软件下发从网络管理软件中获取的对应设备和软件的参数和工作状态信息；

步骤S705，将从网络管理软件获取的实体路由表转化为虚拟化路由表，并下发到对应虚拟通信设备中，虚拟通信设备依托虚拟化路由表开始处理数据；

步骤S706，对构建的数字孪生网络平台中虚拟网络的通信数据进行可视化呈现，具体包括显示每条链路的通信实际带宽、占用带宽、数据传输时延、数据流向信息。

参见附图8，虚拟通信设备接收到数据后执行如下步骤：

步骤S801，虚拟通信设备接收到虚拟孪生IP数据报文后，根据虚拟孪生IP数据报文和虚拟化路由表匹配，得出需要进行路由的下一跳地址的信息，匹配的标准为虚拟孪生IP数据报文的实体IP首部中的目的地址和虚拟化路由表中的目的地址一致；

步骤S802，根据对应一致的虚拟化路由表中的路由项的环境参数进行数据的丢包和延迟处理；

步骤S803，判断下一跳是否是实体通信设备，若不是进入步骤804，若是进入步骤805；

步骤S804，采用虚拟孪生IP数据格式发送数据；

步骤S805，采用的常规IP数据格式发送数据。

参见附图9，图9为业务意图推演过程图。根据通信意图，在数字孪生网络平台上模拟通信应用场景进行业务通信，通过操作数字孪生网络平台构建的虚拟业务通信软件和虚拟指挥控制软件在数字化孪生空间产生业务数据。

业务意图是指通信网络的预见性网络业务，如在某时刻某一用户通过通信设备发送数据到网络中的其它用户。

数字孪生网络平台的业务意图推演步骤如下：

步骤S900，建立业务推演模型，选择本次业务意图的业务通信软件、指挥控制软件，设定业务意图的发生时间、业务发生的类型、数据的通信量；

步骤S901，打开业务推演模型，进行业务推演，业务推演过程中，可以执行步骤S902～步骤S905中的操作中的至少一种；

步骤S902，修改虚拟通信设备参数，修改完成后，虚拟通信设备自动按照新的参数进行数据通信；

步骤S903，改变虚拟网络的路由算法，并通过一键路由更新功能，将向所有的虚拟通信设备下发路由算法，所有设备一键加载，并自动重新启用；

步骤S904，改变通信节点部署位置，所有虚拟通信设备状态立即调整，依托调整前的通信链路连接进行链路搭建，由于距离或遮挡原因无法通信，则通过色彩建立无法通信的提示；

步骤S905，改变通信节点的连接，并自动更新设置链路两端IP地址；

步骤S906，记录上述数字孪生系统的改进推演流程，根据业务推演流程将虚拟通信设备参数下发到实体通信设备，实体通信设备进行更新运行，并将节点部署、链路调整等信息下发到通信节点，通过数字孪生探针软件提示该信息。

在业务意图推演中，记录执行后虚拟孪生网络的实时反映和网络的通信状态，将执行的操作所影响的设备参数和连接情况反映到真实网络中，从而实现优化实体通信网络。

本发明提供的一种基于数字孪生的通信网络优化方法、装置和系统，主要有如下有益效果：

(1)通过数字孪生虚实的友好交互机制，实现了业务通道的虚实融合仿真，使数字孪生的通信网络应用由虚拟验证向虚实交互的闭环优化发展；

(2)基于数字孪生的网络以数据和模型为驱动，数字孪生体和数字线程为支撑的新型通信仿真模式，能够通过实时连接、映射、分析、反馈实际通信网络的状态和能力；

(3)通过对运行数据进行连续采集和智能分析，可以预测维护工作的最佳时间点，也可以提供维护周期的参考依据。数字孪生体也可以提供故障点和故障概率的参考；

(4)通过对数字孪生网络进行意向业务推演，预见通信网络未来的拥塞和崩塌；

(5)通过仿真的数字化通信网络模型，工程师们可以在孪生空间调试、实验，能够让通信网络的运行效果达到最佳。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种基于数字孪生的通信网络优化装置，其特征在于，包括：数字孪生网络平台、数字孪生中间件和数字孪生探针软件；

所述数字孪生网络平台用于生成拓扑孪生模型和业务孪生模型；实现虚拟通信设备、虚拟通信网络和虚拟通信业务；生成路由优化模型、部署优化模型、参数优化模型和组网优化模型；以及建立业务推演模型，依托业务通信软件和指挥控制软件策划业务发生时间、业务发生的类型和数据的通信量；

所述数字孪生中间件用于连接数字孪生网络平台和实体通信设备，实现数字孪生网络平台和实体通信设备之间的信息互联；且所述数字孪生中间件对于数字孪生网络平台发往实体通信设备的IP报文将直接转发，对于实体通信设备发往数字孪生网络平台的IP报文将做虚拟转化；

所述数字孪生探针软件用于采集实体通信网络的业务数据通信信息。

2.一种基于数字孪生的通信网络优化系统，其特征在于，包括：实体空间、动态空间、孪生模型、孪生空间和实体模型五部分；

实体空间构建实体通信网络；动态空间为使用和维护实体空间中设备或网络的功能性组成部件；孪生模型依托动态空间提供的网络拓扑信息构建拓扑孪生模型，依托业务通信软件、指挥控制软件和数字孪生探针软件构建业务孪生模型；孪生空间依托孪生模型构建虚拟通信设备、虚拟通信网络和虚拟业务；实体模型依托孪生空间的优化调整参数信息生成网络优化模型，并作用于实体空间，优化实体空间网络。

3.根据权利要求2所述的一种基于数字孪生的通信网络优化系统，其特征在于，实体空间包括：通信设备、通信节点和通信网络；动态空间包括网络管理软件、业务通信软件、指挥控制软件和数字孪生探针软件；孪生模型包括拓扑孪生和业务孪生；孪生空间包括虚拟通信设备、虚拟通信网络和虚拟业务；实体模型包括路由优化模型、部署优化模型、参数优化模型和组网优化模型。

4.一种基于数字孪生的通信网络优化方法，其特征在于，包括：构建数字孪生网络平台、虚拟通信设备数据处理和业务意图推演三部分；

所述构建数字孪生网络平台的步骤包括：

接收实体通信网络中网络管理软件收集的通信网络的网络拓扑信息，并根据网络拓扑信息打开对应数量的虚拟通信设备和虚拟软件；其中，网络拓扑信息包含通信节点位置、通信节点状态、通信节点连接信息、通信设备参数信息、实体路由表、通信设备工作状态信息；

定时发起查询指令，并接收虚拟通信设备和虚拟软件的在线信息和任务信息，确认都成功运行后，向每个虚拟通信设备和虚拟软件下发从网络管理软件中获取的对应的通信设备参数信息和通信设备工作状态信息；

将从网络管理软件获取的实体路由表转化为虚拟路由表，并下发到对应的虚拟通信设备中，虚拟通信设备依托虚拟化路由表在虚拟网络中进行数据处理；

虚拟通信设备进行数据处理的步骤包括：

虚拟通信设备接收到虚拟孪生IP数据报文后，将虚拟孪生IP数据报文和虚拟路由表进行匹配，得到需要进行路由的下一跳地址信息；其中，匹配的标准为虚拟孪生IP数据报文的实体IP首部中的目的地址和虚拟化路由表中的目的地址一致；

根据对应一致的虚拟化路由表中的路由项的环境参数进行数据的丢包和延迟处理；

判断下一跳是否是实体通信设备，若不是，则采用虚拟孪生IP数据格式发送数据，否则采用常规IP数据格式发送数据；

业务意图推演的步骤包括：

建立业务推演模型，选择本次业务意图的业务通信软件和指挥控制软件，设定业务意图的发生时间、业务发生的时间和数据的通信量；

根据业务推演模型进行业务推演，在业务推演过程中，根据实际情况无序执行(1)～(4)中的至少一种；

(1)改变虚拟通信设备参数，虚拟通信设备按照新的参数进行数据通信；

(2)改变虚拟网络的路由算法，并通过一键路由更新功能，向所有的虚拟通信设备下发路由算法，所有虚拟通信设备一键加载，并重新启用；

(3)改变通信节点部署位置，所有虚拟通信设备状态进行调整，依托调整前的通信链路连接进行链路搭建；若由于距离或者遮挡原因无法通信，则通过色彩建立无法通信的提示；

(4)改变通信节点的连接，并自动更新设置链路两端的IP地址；

记录业务推演的流程，根据业务推演流程将虚拟通信设备参数下发到实体通信设备，实体通信设备进行更新运行，并将节点部署、链路调整信息下发到通信节点，通过数字孪生探针软件进行提示。

5.根据权利要求4所述的一种基于数字孪生的通信网络优化方法，其特征在于，在虚拟通信设备依托虚拟化路由表在虚拟网络中进行数据处理之后还包括：对通信数据进行可视化呈现。

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